JP4814497B2

JP4814497B2 - 燃料電池

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Publication number: JP4814497B2
Application number: JP2004152069A
Authority: JP
Inventors: 正明小畑; 祥二山下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005332762A

Description

本発明は、固体電解質形燃料電池セルを用いた燃料電池に関するものである。

次世代エネルギーとして、近年、種々の形式の燃料電池が提案されている。このような燃料電池には、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体電解質形など、各種のものが知られているが、中でも固体電解質形燃料電池(ＳＯＦＣ；Solid Oxide Fuel Cell)は、作動温度が８００〜１０００℃と高いものの、発電効率が高く、また排熱利用ができるなどの利点を有しており、その研究開発が推し進められている。

前記固体電解質形燃料電池の発電素子を「燃料電池セル」という。燃料電池セルは、単一若しくは複数のガス流路が長手方向に貫通する多孔質の内側電極に、固体電解質及び外側電極を順次積層した構造となっている。前記内部電極には、固体電解質及び外側電極が形成されていない部位もあり、その部位には、内側電極の上にインターコネクタが形成されている。この燃料電池セルを複数用意し、燃料ガスマニホールドの上壁に並行に固定し、発電・燃焼室内に収納する。

前記燃料電池セルのガス流路に供給される燃料ガスと、燃料電池セル外部の酸素を含むガス（空気）は、それぞれ内側電極及び外側電極を通って固体電解質まで輸送され、ここで電極反応を生じ発電が行われる。これらの燃料電池セルを直列に接続して、高い電圧を取り出すことができる。
前記燃料電池セルのガス流路に供給された燃料ガスで、発電に使用されなかった燃料ガスは、前記ガス流路から上方に流動し、発電・燃焼室内の空気雰囲気中で燃焼される。燃焼炎は、燃料電池セルの上部端面に生じる。この燃料ガスの燃焼熱と、燃料電池セルにおける発電で発生するジュール熱とによって、発電・燃焼室内は、例えば１０００℃程度の高温になる。

図１０（ａ）は、燃料電池セル３を示す側面図であり、図１０（ｂ）は、燃料電池セル３の上部端面３Ｕを見た斜視図である。
前記燃料電池において、図１０（ａ）に示すように、発電・燃焼室内の空気は、前記燃料ガスマニホールドに固定された燃料電池セル３の外を長手方向に流れる。この空気の流れをＡで示す。

一方、燃料電池セル３のガス流路１２を通過した燃料ガスは、燃料電池セル３の上部端面３Ｕにおいて、前記ガス流路１２から上方に噴出され、発電・燃焼室内の空気雰囲気中で燃焼される。この噴出される燃料ガスの流れをＢで示す。
従来では、図１０（ａ）に示すように、空気の流れＡが燃料電池セル３の上部端面３Ｕに入り込んで、その上部端面３Ｕ、特に図１０（ｂ）にハッチングで示した断面半円形状の両側面部が酸化しやすくなり、燃料電池セル３を構成する内側電極が酸化のために膨張して、燃料電池セル３にひびが入ったり、破損したりする。

そこで、本発明は、燃料電池セルから噴出される内部ガスの流れを整えることにより、その外側から入り込む外部ガスの量を減らし、燃料電池セルの上部端面に近い部分の破損を抑制することができる燃料電池を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池は、内側電極、該内側電極の上面に形成された固体電解質及び該固体電解質の上面に形成された外側電極を備え、内部ガス流路が貫通形成された燃料電池セルと、内部ガス流路から内部ガスが噴出する燃料電池セルの端面に対向して配置されたガス流規制部材と、前記燃料電池セル及び前記ガス流規制部材を収容する発電・燃焼室を備えるハウジングとを有し、前記燃料電池セルは、内側電極が燃料極とされ、外側電極が空気極とされており、前記内部ガス流路を流れる燃料ガスと、前記燃料電池セルの外側を流れる酸素含有ガスとで発電を行なうとともに、前記ガス流規制部材は、被改質ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための触媒が収容されてなる改質ケースであり、該改質ケースは、燃料電池セルの前記端面に対向する面が、凸曲面又は凹曲面を有し、前記内部ガス通路より噴出される燃料ガスと、前記燃料電池セルの外側を流れる酸素含有ガスとが燃焼して生じる燃焼炎の酸化炎領域に、前記改質ケースの少なくとも一部が配置されていることを特徴とする。
この構造であれば、前記ガス流規制部材の、前記燃料電池セルの端面に対向する面を凸曲面又は凹曲面としたので、凸曲面の場合は、燃料電池セルの内部ガス流路から噴出する内部ガスの流れを層流状態に整えることができ、凹曲面の場合は、燃料電池セルの外側から前記端面に外部ガスが入り込むのを妨げることができる。したがって、いずれの構成であっても、燃料電池セルの端面に近い部分の酸化を防止することができ、燃料電池の信頼性の向上、寿命の長期化を図ることができる。
なお前記改質ケースは、前記混合燃焼により生じた燃焼炎の酸化炎領域に配置されている。酸化炎領域は高温であり、燃焼状態も安定しているため、改質ケースを効率よく加熱することができる。
また、前記ガス流規制部材から燃料電池セルの前記端面へ投影した面積が、燃料電池セルの前記端面の面積よりも大きいことが好ましい。燃料電池セルの内部ガス流路から噴出す内部ガスの流れを、ガス流規制部材によって横方向に広げることができ、燃料電池セルの外側から前記端面に外部ガスが入ってくる量を減らし、燃料電池セルと外部ガス流との接触を軽減することができる。

なお、「内部ガス」は、燃料電池セル内を燃料ガスが通過するときは、燃料ガスであり、燃料電池セル内を酸素含有ガス（空気）が通過するときは、当該酸素含有ガスである。

燃料電池セルの内部ガス流路を通過した内部ガスと、発電・燃焼室内の外部ガスとが、燃料電池セルの前記端面と前記ガス流規制部材との間の空間で混合するとき燃焼させることが望ましい。この燃焼熱で発電・燃焼室内の温度をさらに上げて、発電効率を高めることができる。

以下、本発明の燃料電池の構造を添付図面を参照して詳述する。
図１は、燃料電池に使用される発電ユニット集合体１ａ-１ｄを示す斜面図である。
発電ユニット集合体１ａ-１ｄは、一方向（図１において紙面左上から右下の方向）に細長く延びる直方体形状の燃料ガスマニホールド２ａ-２ｄを具備している。
燃料ガスマニホールド２ａ-２ｄの上壁には、複数の燃料電池セル３からなる燃料電池セルスタック４ａ-４ｄが装着されている。一枚の燃料電池セル３は、上下方向に細長く延びた板状をなしている。燃料電池セルスタック４ａ-４ｄは、このような燃料電池セル３を、燃料ガスマニホールドの一方向に沿って複数個縦列配置して構成されている。

燃料電池セル３の各々は、図２に断面を示すように、導電性支持体５の表面に、内側電極である燃料極６、固体電解質７、外側電極である空気極８を積層したものである。
導電性支持体５は、上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な表裏両面と断面半円形状の両側面とを有する。導電性支持体５にはこれを上下方向に貫通する複数個（図示の場合は６個）の燃料ガス通路１２が形成されている。

前記燃料ガスマニホールド２ａ-２ｄの上壁には短手方向に延びる複数個のスリットが形成されており、導電性支持体５の各々に形成されている燃料ガス通路１２がスリットを介して燃料ガスマニホールド２ａ-２ｄの燃料ガス室に連通している。
前記燃料電池セル３の各々は、燃料ガスマニホールド２ａ-２ｄの上壁に、耐熱性に優れたセラミック接着剤などによって接合される。

図２に示すように、燃料極６は導電性支持体５の片面及び両側面を覆う部分に配設されており、その両端はインターコネクタ１０に接合している。固体電解質７は燃料極６の全体を覆うように配設されている。空気極８は、導電性支持体５の一方側表面において固体電解質７を覆うよう配置されている。
隣接する燃料電池セル３同士の間には、１つの燃料電池セルの空気極８と他の燃料電池セルのインターコネクタ１０とを電気的に接続するための集電部材９が配設されている。

この集電部材９は、燃料電池セルスタック４ａ-４ｄの両端、すなわち図２において上端及び下端に位置する燃料電池セル３の片面及び他面にも配設されている。燃料電池セルスタック４ａ-４ｄの両端に位置する集電部材９には、燃料電池セルスタック４ａ-４ｄから発電電気を取り出すための導電電極１１が接続されており、かかる導電部材により、燃料電池セルスタック４ａ-４ｄは相互に直列接続される。

燃料電池セル３は、前記導電性支持体５、燃料極６及び／又は固体電解質７と同時焼成により製造される。
導電性支持体５は燃料ガスを燃料極６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ１０を介して集電するために導電性であることが要求される。かかる要求を満足するために多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）が用いられる。

導電性支持体５は、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから形成することが好ましい。所要のガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５から５０％の範囲にあるのが好適であり、また、その導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。
燃料極６は、多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称される）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。

固体電解質７は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと空気とのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成されている。
空気極８は所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックにより形成することができる。空気極８はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。

インターコネクタ１０は導電性セラミックから形成することができるが、水素を含む燃料ガス及び空気と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ１０は、導電性支持体５に形成された燃料ガス通路１２を通る燃料ガス及び導電性支持体５の外側を流動する空気のリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。

集電部材９は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。この集電部材９とインターコネクタ１０、集電部材９と空気極８の接続部に、ＡｇやＰｔ等の貴金属やＮｉ等の金属を含有するペーストを導電性接着剤として用いて、接続信頼性を向上させることもできる。

図３は、集電部材９によるセル間接続構造を説明するための断面図である。
燃料電池セル３の表裏面には、隣接する燃料電池セル３との電気的接続を図るための前述した集電部材９が配置されている。この集電部材９は、一方の燃料電池セルの空気極８と、他方の燃料電池セルのインターコネクタ１０とを接続する電極である。インターコネクタ１０は、図２に示すように、燃料極３に接続しているので、これにより、一方の燃料電池セルの空気極８と、他方の燃料電池セルの燃料極３とが接続されることになる。すなわち、一方の燃料電池セルの正極と他方の燃料電池セルの負極とが接続された形になり、燃料電池セルスタックを構成するすべての燃料電池セルが直列に接続され、高電圧が取り出せる。

図４は、本発明の集電部材９の形状の一例を示す斜視図である。集電部材９は、弾力性を有する板片に複数の切れ目をほぼ平行に、かつ板片の伸びる方向ｚから斜めの（つまり直角でない）角度θをつけて形成して集電片９２を作り、集電片９２を板片の表面側（＋ｘ）及び裏面側（-ｘ）に交互に突出させている。この集電片９２は、対向する燃料電池セルの外面にそれぞれ当接される。バックボーンとなる１本のまっすぐに伸びた部分を背板片９１という。

前記折り曲げられた集電片９２は、燃料電池セル３の空気極８と、燃料電池セル３のインターコネクタ１０とに接触することにより、ｘｙ断面で見て湾曲する。集電部材９の弾力が強いので、集電部材９は、対向する燃料電池セル３に接触しているだけでも、自重で落下することはない。
前記燃料電池セルスタック４ａ-４ｄを複数集合して、発電ユニット集合体１ａ-１ｄを組み立てる。この発電ユニット集合体１ａ-１ｄに、発電ユニット集合体１ａ-１ｄで発生した電力を燃料電池外に取り出すための導電電極（図示せず）を取り付けて、ハウジング内に収容して、燃料電池を製作する。

図５は、発電ユニット集合体１ａ-１ｄをハウジング内に収容した状態を示す側断面図である。断面は、図２のＢーＢで切っている。
図５を参照して説明すると、燃料電池は略直方体形状のハウジング２０を具備している。このハウジング２０の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、すなわち上断熱壁２１、下断熱壁２２、右側断熱壁２３、左側断熱壁２４、前断熱壁（図示せず）及び後断熱壁（図示せず）が配設されている。

このハウジング２０内には発電・燃焼室２５が規定されている。
前断熱壁及び／又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁及び／又は後断熱壁を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室２５内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板などの外壁を配設することができる。

ハウジング２０内の比較的上部には空気室３１が配設されている。空気室３１は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース３２内に規定されている。
ハウジング２０には、空気供給管５４が設けられており、この空気供給管５４は、上断熱壁２１を貫通し、外部から室温程度の空気を後述する熱交換器３４に取り込むようになっている。

空気室３１の下面には、発電・燃焼室２５に向かって空気（酸素含有ガス）を送り込むための空気導入管３３が連通している。空気導入管３３は複数本あり、その形状は円筒や中空板構造などが考えられる。空気導入管３３は燃料電池セルスタック４ａ-４ｄ間に配置されており、その下端部は燃料電池セル３の比較的下部まで伸びて開口し、この開口部から空気が噴出する構造となっている。空気導入管３３はセラミックスなどの耐熱性の高い材料で作製するのが好適である。

ハウジング２０の両側部、更に詳しくは右側断熱壁２３の内側及び左側断熱壁２４の内側には、全体として平板形状である熱交換器３４が配設されている。熱交換器３４の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態の熱交換室３６から構成されている。かかる熱交換室３６の内側壁の上端部には燃焼ガスの排出開口４２が形成されている。熱交換室３６の上壁における外側部には空気室３１に連通している空気流出開口４８が形成されている。熱交換室３６の内部は、排出開口４２に連通する燃焼ガス排出路及び空気流出開口４８に連通する空気導入路が複数の仕切り壁によってジグザグ形態に区画されている。

熱交換器３４の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体５０（図５にその上端部のみを図示している）が配設されており、かかる二重筒体５０は外側筒部材５２と空気供給管５４とから構成されている。外側筒部材５２と空気供給管５４との間に規定されている燃焼ガス排出路の下端部は、熱交換室３６の下部に連通されており、空気供給管５４内に規定されている空気供給路は、熱交換室３６の下端部に連通されている。空気供給管５４内に規定されている空気供給路から入った空気は、熱交換室３６を空気導入路を通ってジグザグに上昇していき、流出開口４８を介して空気室３１に入る。一方、燃焼ガスの排出開口４２から入った燃焼ガスは、熱交換室３６の燃焼ガス排出路をジグザグに下降していき、外側筒部材５２と空気供給管５４との間に規定されている燃焼ガス排出路から放出される。このように、空気と燃焼ガスとの混合を防ぎながら、空気が暖められ、燃焼ガスが冷やされ、両ガスの熱交換が行われる。

上述した発電・燃焼室２５の下部には４個の発電ユニット１ａ-１ｄが配置されている。発電ユニット１ａ-１ｄは、夫々、上述した空気導入管３３の間に位置せしめられている。言い換えれば、発電ユニット１ａ-１ｄ間に、空気導入管３３が配設されている。
一方、発電ユニット１ａ-１ｄの上部には、改質ケース１３ａ-１３ｄが設けられている。改質ケース１３ａ-１３ｄは、図１に示すように、燃料電池セルスタック４ａ-４ｄの上方を細長く延びるほぼ長方体形状の管であるが、その底面形状は、後述するように、断面視して凸状又は凹状になっている。

改質ケース１３ａの後面（「前」「後」の定義は図１に示す）には、被改質ガス供給管８２ａの一端が接続されている。被改質ガス供給管８２ａは改質ケースから下方に延び、ハウジング２０の下を通ってハウジング２０の外に延出している。
被改質ガス供給管８２ａは都市ガス等の炭化水素ガスなどの被改質ガス供給源（図示していない）に接続されており、被改質ガス供給管８２ａを介して改質ケース１３ａに被改質ガスが供給される。改質ケース１３ａ内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。

改質ケース１３ａの前面には燃料ガス送給管８０ａの上端が接続されている。燃料ガス送給管８０ａは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管８０ａの他端は上記燃料ガスマニホールド２ａの前面に接続されている。
被改質ガス供給管、燃料ガス送給管の配置に関しては、発電ユニット１ｃは上述した発電ユニット１ａと実質上同一であり、発電ユニット１ｂ及び１ｄは、発電ユニット１ａ及び１ｃに対して前後方向が逆に配置されているところが異なっている。すなわち、改質ケース１３ｂ及び１３ｄと燃料ガスマニホールド２ｂ及び２ｄとを接続する燃料ガス送給管（図示していない）が後側に配置され、被改質ガス供給管８２ｂ及び８２ｄが改質ケースから下方に延び、ハウジング２０の下を通ってハウジング２０外に延出している。

上述した発電ユニット集合体１ａ-１ｄにおいて、被改質ガスが被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを介して改質ケース１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄに供給され、改質ケース１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄ内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを通して燃料ガスマニホールド２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄ内に規定されている燃料ガス室に供給され、次いで燃料電池セルスタック４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを構成する各燃料電池セル３に供給される。

燃料電池セル３においては、空気極において、
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極において、
Ｏ^２−（固体電解質）＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
の電極反応が生成されて、発電される。

発電に使用されないで燃料電池セル３から上方に流動した燃料ガス及び空気は、点火手段（図示していない）によって点火され、発電・燃焼室２５内で燃焼される。燃料電池セルスタック４ａ-４ｄにおける発電で発生するジュール熱に起因して、そしてまた燃料ガスと空気との燃焼に起因して発電・燃焼室２５内は、例えば１０００℃程度の高温になる。改質ケース１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄは、発電・燃焼室２５内の比較的上方、燃料電池セルスタック４ａ-４ｄの直ぐ上方に位置されており、前記燃料ガスと空気との燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室２５内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。

発電・燃焼室２５内に生成された燃焼ガスは、前述したように、熱交換器３４に形成されている排出開口４２から排出路に流入し、ジグザグ状に延在する熱交換室３６を流動した後に二重筒体５０の外側筒部材５２と空気供給管５４との間に規定されている排出路を通して排出される。
そしてまた、燃焼ガスが熱交換器３４の排出路３０をジグザグ状に流動せしめられる際には、二重筒体５０から導入された空気が熱交換器３４の流入路をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと空気との間で効果的に熱交換されて空気が予熱される。

この予熱された空気は、流出開口４８を通過して、空気室３１に一旦貯留され、空気導入管３３を通って燃焼・発電室２５の燃料電池セルスタック間に供給される。この際、空気導入管３３は燃料電池セルスタック６０の燃料電池セル３の上端で燃焼する燃焼ガス雰囲気中を通過する際に加熱され、さらに高温に暖められ、燃焼・発電室２５内に供給される。

図６は、本発明の改質ケース１３ａ-１３ｄ（総称して「改質ケース１３」という）の断面形状の一例を示す図である。断面は、図５と同じく、図２のＢ-Ｂ線に沿っている。
この改質ケース１３の底面（受熱面）の断面形状は、燃焼ガスのガス流を制御するために、燃料電池セル３に向かって凸状に形成されている。
この改質ケース１３を燃料電池セル３の上部端面３Ｕへ投影した面積は、燃料電池セル３の上部端面３Ｕの面積より大きくなっている。そしてかつ、改質ケース１３を燃料電池セル３の上部端面３Ｕへ投影した領域は、平面視して燃料電池セル３の上部端面３Ｕの領域を含んでいる。

改質ケース１３と燃料電池セル３の上部端面３Ｕとの間に設けられた空間を二点鎖線Ｓで示す。
このように改質ケース１３の底面を凸面にし、改質ケース１３の投影面積を燃料電池セル３の上部端面３Ｕよりも広くしたため、燃料電池セル３の上部端面３Ｕの燃料ガス通路１２から噴出される燃料ガスは、図６に波線で示したように、乱れることなく、空間Ｓの外側に向かってスムーズに流される。したがって、燃料電池セル３の表面に沿って下から上に上がってくる空気は、空間Ｓの中に入ろうとしても、燃料ガスの流れに押されて、空間Ｓの中に入ることが困難になる。このため、燃焼炎は、空間Ｓの外の燃料電池セル３から離れた位置にできるが、燃焼炎が改質ケース１３の加熱に有効に利用されることに変わりない。

このように空気が空間Ｓの中に入り込みにくくなったため、燃料電池セル３と空気流との接触が軽減され、燃料電池セル３の上部端面３Ｕの近傍にある導電性支持体５や燃料極６の酸化の進行が遅くなる。よって、導電性支持体５や燃料極６が酸化膨張して変形したり、ひび割れしたりすることがなくなる。
図７は、本発明の改質ケース１３の断面形状の他の一例を示す図である。この改質ケース１３の底面の断面形状は、燃料電池セル３に向かって凹状に形成されている。改質ケース１３の底面をこのような凹面にしたため、改質ケース１３と燃料電池セル３との間に設けられた空間Ｓの両出口が狭くなり、燃料電池セル３の上部端面３Ｕの燃料ガス通路１２から噴出される燃料ガスは、空間Ｓの狭い出口から外側に向かって吹き出るようになる。したがって、発電・燃焼室２５内の空気が、空間Ｓの中に入ってくるのを妨げる。燃焼炎は、図６と同様、空間Ｓの外の燃料電池セル３から離れた位置にできるが、燃焼炎が改質ケース１３の加熱に有効に利用される。このように空気が空間Ｓの中に入り込みにくくなったため、燃料電池セル３の上部端面３Ｕの近傍にある導電性支持体５や燃料極６の酸化の進行が遅くなるという、図６と同様の効果が得られる。

図８は、図６と同様、燃焼ガスのガス流を制御するために、改質ケース１３の底面形状を、燃料電池セル３に向かって凸状に形成した例を示す断面図である。図６との相違は、改質ケース１３の底面（受熱面）を、ほぼ半円形状になるまで広げていることである。これにより、受熱面積を広げて、改質ケース１３の温度上昇を促進することができる。
図９は、図７と同様、燃焼ガスのガス流を制御するために、改質ケース１３の底面形状を、燃料電池セル３に向かって凹状に形成した例を示す断面図である。図７との相違は、改質ケース１３の側面を、台形状に広げていることである。これにより、改質ケース１３の側面の受熱効果を高めることができる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

本発明の燃料電池に使用される発電ユニット集合体１ａ-１ｄを示す斜面図である。燃料電池セルスタック４ａ-４ｄを示す図１のＡーＡ断面図である。集電部材９を使ってセル間を接続した構造を説明するための図２のＣーＣ断面図である。集電部材９の形状を示す斜視図である。発電ユニット集合体１ａ-１ｄをハウジング２０内に収容した状態を示す図２のＢーＢ断面図である。燃料電池セル３に対向して配置された改質ケース１３の底面形状の一例を示す断面図である。燃料電池セル３に対向して配置された改質ケース１３の底面形状の他の一例を示す断面図である。改質ケース１３の底面形状のさらに他の一例を示す断面図である。改質ケース１３の底面形状のさらに他の一例を示す断面図である。（ａ）は従来の燃料電池セル３と改質ケース１３との配置を示す模式図、及び（ｂ）は燃料電池セル３の上部端面３Ｕを見た斜視図である。

符号の説明

１ａ-１ｄ発電ユニット集合体
２ａ-２ｄ燃料ガスマニホールド
３燃料電池セル
３Ｕ上部端面
４ａ-４ｄ燃料電池セルスタック
５導電性支持体
６燃料極
７固体電解質
８空気極
９集電部材
１０インターコネクタ
１２ガス流路
１３，１３ａ-１３ｄ改質ケース

Claims

内側電極、該内側電極の上面に形成された固体電解質及び該固体電解質の上面に形成された外側電極を備え、内部ガス流路が貫通形成された燃料電池セルと、
前記内部ガス流路から内部ガスが噴出する前記燃料電池セルの端面に対向して配置されたガス流規制部材と、
前記燃料電池セル及び前記ガス流規制部材を収容する発電・燃焼室を備えるハウジングとを有し、
前記燃料電池セルは、前記内側電極が燃料極とされ、前記外側電極が空気極とされており、前記内部ガス流路を流れる燃料ガスと、前記燃料電池セルの外側を流れる酸素含有ガスとで発電を行なうとともに、
前記ガス流規制部材は、被改質ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための触媒が収容されてなる改質ケースであり、該改質ケースは、前記燃料電池セルの前記端面に対向する面が凸曲面又は凹曲面を有し、前記内部ガス通路より噴出される燃料ガスと、前記燃料電池セルの外側を流れる酸素含有ガスとが燃焼して生じる燃焼炎の酸化炎領域に、前記改質ケースの少なくとも一部が配置されていることを特徴とする燃料電池。
前記改質ケースから前記燃料電池セルの前記端面へ投影した面積が、前記燃料電池セルの前記端面の面積よりも大きいことを特徴する請求項１に記載の燃料電池。
前記ハウジングは、前記発電・燃焼室と、該発電・燃焼室の上方に配置され前記燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための空気導入管が接続された空気室と、前記発電・燃焼室の側方に配置され該発電・燃焼室より排出される燃焼ガス排出路及び外部より供給される酸素含有ガスを前記空気室に供給するための空気供給路を備えるとともに、前記燃焼ガス排出路を流れる燃焼ガスと前記空気供給路を流れる酸素含有ガスとで熱交換を行うための熱交換器とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池。